KR20090073308A - 박막형 태양전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극; 상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에는 주 격리부가 형성되어 있고, 상기 주 격리부 안쪽에는 상기 최외곽의 전면전극 및 최외곽의 후면전극 중 적어도 하나에 보조 격리부가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지, 그 제조방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면 최외곽의 전면전극에 제1보조 격리부를 형성하거나 또는 최외곽의 후면전극에 제2보조 격리부를 형성함으로써, 주 격리부 형성 공정시 최외곽의 전면전극과 후면전극이 연결된다 하더라도 단위셀 전체에서 쇼트가 발생하는 것이 차단된다.
박막형 태양전지, 격리부

Description

박막형 태양전지 및 그 제조방법{Thin film type Solar Cell, and Method for manufacturing the same}
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 상기 반도체 내에서 정공(hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있 다.
상기 기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
상기 기판형 태양전지는 상기 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
상기 박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
상기 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 상기 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 상기 전면전극은 광이 입사되는 수광면을 형성하기 때문에 상기 전면전극으로는 ZnO와 같은 투명도전물이 이용되는데, 기판이 대면적화됨에 따라 상기 투명도전물의 저항으로 인해서 전력손실이 크게 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써 투명도전물의 저항으로 의한 전력손실을 최소화하는 방법이 고안되었다.
이하, 도면을 참조로 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1g는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 ZnO와 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극층(20a)을 형성한다.
다음, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(20a)을 패터닝하여 제1분리부(21)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극(20)을 형성한다.
다음, 도 1c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(20)을 포함한 기판(10) 전면에 반도체층(30a)을 형성한다.
다음, 도 1d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(30a)을 패터닝하여 콘택부(35)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층(30)을 형성한다.
다음, 도 1e에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 전면에 후면전극층(50a)을 형성한다.
다음, 도 1f에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(50a)을 패터닝하여 제2분리부(51)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극(50)를 형성한다. 여기서, 상기 후면전극층(50a)을 패터닝할 때 그 아래의 반도체층(30)도 함께 패터닝한다.
다음, 도 1g에서 알 수 있듯이, 최외곽의 전면전극(20), 반도체층(30), 및 후면전극(50)을 패터닝하여 격리부(55)를 형성함으로써, 박막형 태양전지의 제조를 완료한다.
이와 같이 최외곽 부분에 격리부(55)를 형성하는 이유는, 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 되는데 이 때 상기 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
그러나, 상기 격리부(55)를 형성하는 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 수행하게 되는데, 이때, 도 1g의 좌측 최외곽에서와 같이, 전면전극(20)과 후면전극(50)이 완전히 제거되면 문제가 없지만, 경우에 따라 도 1g의 우측 최외곽에서와 같이, 전면전극(20)과 후면전극(50)이 완전히 제거되지 않은 상태에서 레이저 빔에 의해 전면전극(20)과 후면전극(50)의 일부가 녹아 서로 연결되는 문제가 발생한다. 이와 같이 전면전극(20)과 후면전극(50)이 연결되면 쇼트가 발생하여 그 단위셀은 전지로서 기능하지 못하게 된다.
본 발명은 전술한 종래의 박막형 태양전지의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서,
본 발명은 박막형 태양전지의 최외곽에 격리부를 형성하는 공정시 전면전극과 후면전극이 연결된다 하더라도 단위셀에서의 쇼트 발생을 차단할 수 있는 박막형 태양전지 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 기판; 상기 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극; 상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층; 및 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 포함하여 이루어지고, 상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에는 주 격리부가 형성되어 있고, 상기 주 격리부 안쪽에는 상기 최외곽의 전면전극 및 최외곽의 후면전극 중 적어도 하나에 보조 격리부가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지를 제공한다.
상기 보조 격리부는 상기 최외곽의 전면전극에 형성된 제1보조 격리부로 이루어질 수 있다.
상기 보조 격리부는 상기 최외곽의 후면전극에 형성된 제2보조 격리부로 이루어질 수 있다.
상기 보조 격리부는 상기 최외곽의 전면전극에 형성된 제1보조 격리부 및 상기 최외곽의 후면전극에 형성된 제2보조 격리부로 이루어질 수 있다.
상기 최외곽의 반도체층에는 상기 제2보조 격리부가 추가로 형성될 수 있다.
상기 제2보조 격리부는 상기 제1보조 격리부 및 상기 주 격리부 사이에 형성될 수 있다.
상기 반도체층과 후면전극 사이에 상기 반도체층과 동일한 패턴의 투명도전층이 추가로 형성될 수 있다.
본 발명은 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극을 형성함과 더불어 최외곽의 전면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정; 상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층을 형성하는 공정; 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 형성하는 공정; 및 상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에 주 격리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층을 형성하는 공정; 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 형성하는 공정; 상기 복수 개의 후면전극 중 최외곽의 후면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정; 및 상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면 전극에 주 격리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극을 형성함과 더불어 최외곽의 전면전극에 제1 보조 격리부를 형성하는 공정; 상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층을 형성하는 공정; 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 형성하는 공정; 및 상기 복수 개의 후면전극 중 최외곽의 후면전극에 제2 보조 격리부를 형성하는 공정; 및 상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에 주 격리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법을 제공한다.
상기 보조 격리부는 상기 주 격리부 안쪽에 형성할 수 있다.
상기 최외곽의 후면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정시 상기 최외곽의 반도체층에 보조 격리부를 추가로 형성할 수 있다.
상기 최외곽의 후면전극에 제2 보조 격리부를 형성하는 공정시 상기 최외곽의 반도체층에 제2 보조 격리부를 추가로 형성할 수 있다.
상기 제2보조 격리부는 상기 제1보조 격리부 및 상기 주 격리부 사이에 형성할 수 있다.
상기 반도체층과 후면전극 사이에 상기 반도체층과 동일한 패턴의 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 최외곽의 후면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정은 상기 주 격리부를 형성하는 공정 이후에 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성하거나 또는 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 형성함으로써, 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결된다 하더라도 단위셀 전체에서 쇼트가 발생하는 것이 차단된다.
둘째, 본 발명은 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성함과 더불어 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 형성하여 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)을 완전히 분리함으로써, 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결된다 하더라도 단위셀 전체에서 쇼트가 발생하는 것이 차단됨과 더불어 저항이 증가되는 문제도 해결된다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
<박막형 태양전지>
제1실시예
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지는 기 판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(100)은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 상에서 제1분리부(210)를 사이에 두고 복수 개가 이격되어 형성되며, 복수 개의 전면전극(200) 중에서 최외곽의 전면전극(200)에는 제1보조 격리부(220) 및 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 제1분리부(210)는 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하는 역할을 하는 것이고, 상기 주 격리부(550)는 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 하우징을 박막 태양전지에 연결할 때 하우징과 박막 태양전지 사이에 쇼트가 발생되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다. 또한, 상기 제1보조 격리부(220)는 상기 주 격리부(550)의 안쪽에 형성되어, 상기 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결된다 하더라도 단위셀에서의 쇼트 발생을 차단하는 역할을 한다. 즉, 상기 주 격리부(550)에서 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결되면 그 단위셀에서 쇼트가 발생하게 되는데, 본 발명의 제1실시예에서는 상기 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 추가로 형성함으로써, 단위셀 전체에서 쇼트가 발생하는 것을 차단한 것이다.
상기 전면전극(200)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, ZnO:H, SnO2, SnO2:F, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 상기 전면전극(200)은 태양광이 입사되는 면에 형성되기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 상기 전면전극(200)의 표면은 울퉁불퉁한 요철구조로 형성할 수 있다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극(200) 상에서 콘택부(350) 및 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되며, 복수 개의 반도체층(300) 중에서 최외곽의 반도체층(300)에는 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 콘택부(350)는 상기 전면전극(200)과 후면전극(500)을 전기적으로 연결시키는 역할을 하는 것이고, 상기 제2분리부(510)는 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하는 역할을 하는 것이고, 상기 주 격리부(550)는 전술한 바와 동일한 역할을 하는 것이다.
상기 반도체층(300)은 비정질 실리콘 또는 미세결정질 실리콘과 같은 실리콘계 반도체물질로 이루어질 수 있다. 상기 반도체층(300)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성되며, 이 경우, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집되게 된다. 한편, 상기 반도체층(300)을 PIN구조로 형성할 경우에는 P형 반도체층을 먼저 형성하고, 그 후에 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 순서대로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
상기 투명도전층(400)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질로 이루어지며, 상기 반도체층(300) 상에서 상기 반도체층(300)과 동일한 패턴으로 형성된다. 즉, 상기 투명도전층(400)은 콘택부(350) 및 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되며, 복수 개의 투명도전층(400) 중에서 최외곽의 투명도전층(400)에는 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 투명도전층(400)은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(400)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 투명도전층(400)을 형성하게 되면 상기 반도체층(300)을 투과한 태양광이 투명도전층(400)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 후면전극(500)에서 반사되어 반도체층(300)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
상기 후면전극(500)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열된다. 또한, 상기 후면전극(500) 중 최외곽의 후면전극(500)에는 주 격리부(550)가 형성된다. 상기 후면전극(600)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에 따른 박막형 태양전지에 대해서 설명하는데, 전술한 제1실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제2실시예
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로 서, 본 발명의 제2실시예는, 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성하지 않고, 그 대신에 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)을 형성한 것을 제외하고 전술한 제1실시예와 동일하다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 상에서 제1분리부(210)를 사이에 두고 복수 개가 이격되어 형성되며, 복수 개의 전면전극(200) 중에서 최외곽의 전면전극(200)에는 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극(200) 상에서 콘택부(350) 및 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열된다. 또한, 복수 개의 반도체층(300) 중에서 최외곽의 반도체층(300)에는 제2보조 격리부(520) 및 주 격리부(550)가 형성된다. 상기 제2보조 격리부(520)는 상기 주 격리부(550) 안쪽에 형성되는데, 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520) 형성시 상기 최외곽의 반도체층(300)에도 제2보조 격리부(520)가 함께 형성되는 것이다.
상기 투명도전층(400)은, 상기 반도체층(300) 상에서 상기 반도체층(300)과 동일한 패턴으로 형성된다. 즉, 상기 투명도전층(400)은 콘택부(350) 및 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되며, 복수 개의 투명도전층(400) 중에서 최외곽의 투명도전층(400)에는 제2보조 격리부(520) 및 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 후면전극(500)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열된다. 또한, 상기 후면전극(500) 중 최외곽의 후면전극(500)에는 제2보조 격리부(520) 및 주 격리부(550)가 형성된다. 이와 같은 제1보조 격리부(520)는 상기 주 격리부(550)의 안쪽에 형성되어, 상기 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결된다 하더라도 단위셀에서의 쇼트 발생을 차단하는 역할을 한다. 즉, 상기 주 격리부(550)에서 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결되면 그 단위셀에서 쇼트가 발생하게 되는데, 본 발명의 제2실시예에서는 상기 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 추가로 형성함으로써, 단위셀 전체에서 쇼트가 발생하는 것을 차단한 것이다.
제3실시예
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도로서, 본 발명의 제3실시예는, 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성함과 더불어 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)을 형성한 것을 제외하고 전술한 제1실시예와 동일하다.
도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지는 기판(100), 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400), 및 후면전극(500)을 포함하여 이루어진다.
상기 전면전극(200)은 상기 기판(100) 상에서 제1분리부(210)를 사이에 두고 복수 개가 이격되어 형성되며, 복수 개의 전면전극(200) 중에서 최외곽의 전면전 극(200)에는 제1보조 격리부(220) 및 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 반도체층(300)은 상기 전면전극(200) 상에서 콘택부(350) 및 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열된다. 또한, 복수 개의 반도체층(300) 중에서 최외곽의 반도체층(300)에는 제2보조 격리부(520) 및 주 격리부(550)가 형성된다. 상기 제2보조 격리부(520)는 상기 제1보조 격리부(220) 및 상기 주 격리부 사이(550)에 형성될 수 있다.
상기 투명도전층(400)은, 상기 반도체층(300) 상에서 상기 반도체층(300)과 동일한 패턴으로 형성된다. 즉, 상기 투명도전층(400)은 콘택부(350) 및 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열되며, 복수 개의 투명도전층(400) 중에서 최외곽의 투명도전층(400)에는 제2보조 격리부(520) 및 주 격리부(550)가 형성된다.
상기 후면전극(500)은 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2분리부(510)를 사이에 두고 복수 개가 이격 배열된다. 또한, 상기 후면전극(500) 중 최외곽의 후면전극(500)에는 제2보조 격리부(520) 및 주 격리부(550)가 형성된다.
전술한 제1실시예는 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성함으로써 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결된다 하더라도 단위셀 전체에서 쇼트 발생을 차단한 것이고, 제2실시예에서는 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 형성함으로써 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결된다 하더라도 단위셀 전체에서 쇼트 발생을 차단한 것이다.
그러나, 제1실시예 및 제2실시예에 따르면 주 격리부(550) 형성 공정시 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)이 연결될 경우에 단위셀 전체에서 쇼트 발생은 차단되지만, 전지로서 기능하는 전면전극(200)과 후면전극(500)이 여전히 연결되어 있기 때문에 단위셀에서 저항이 증가되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 제3실시예에서는 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성함과 더불어 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 형성하여 최외곽의 전면전극(200)과 후면전극(500)을 완전히 분리함으로써 단위셀 전체에서 쇼트 발생을 차단함과 더불어 저항이 증가되는 문제도 해결한 것이다.
<박막형 태양전지 제조방법>
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 5a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극층(200a)을 형성한다.
상기 기판(100)으로는 유리 또는 투명한 플라스틱을 이용할 수 있다.
상기 전면전극층(200a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide), 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 전면전극층(200a)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 상기 전면전극층(200a)에 텍스처(texturing) 가공공정을 추가로 수행할 수 있다.
상기 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(anisotropic etching), 또는 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다. 이와 같은 텍스처 가공공정을 상기 전면전극층(200a)에 수행할 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
다음, 도 5b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200a)을 패터닝하여 제1분리부(210)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극(200)을 형성한다. 또한, 상기 패터닝 공정시 상기 복수 개의 전면전극(200) 중 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성한다.
상기 제1분리부(210) 및 제1보조 격리부(220)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b와 같이 기판(100) 전면에 전면전극층(200a)을 형성하고 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 제1분리부(210) 및 제1보조 격리부(220)를 형성하는 대신에, 스크린 인쇄법(screen printing), 잉크젯 인쇄법(inkjet printing), 그라비아 인쇄법(gravure printing) 또는 미세접촉 인쇄법(microcontact printing)과 같은 보다 간편한 방법을 이용하여 기판(100) 위에 제1분리부(210) 및 제1보조 격리부(220)를 구비한 복수 개의 전면전극(200)을 직접 형성하는 것도 가능하다.
상기 스크린 인쇄법은 스크린과 스퀴즈(squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 잉크젯 인쇄법은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 그라비아 인쇄법은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방법이고, 상기 미세접촉 인쇄법은 소정의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방법이다.
이와 같이, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 그라비아 인쇄법 또는 미세접촉 인쇄법을 이용할 경우 레이저 스크라이빙 공정을 이용하는 경우에 비하여 기판이 오염될 우려가 줄어들고 기판의 오염 방지를 위한 세정공정 또한 줄어들게 된다.
다음, 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200)을 포함한 기판(100) 전면에 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 차례로 형성한다.
상기 반도체층(300a)은 실리콘계 반도체물질을 플라즈마 CVD법 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 이때, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(400a)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 투명도전층(400a)의 형성공정은 생략하는 것도 가능하지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 상기 투명도전층(400a)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 투명도전층(400a)을 형성하게 되면 상기 반도체층(300a)을 투과한 태양광이 투명도전층(400a)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 후술하는 후면전극에서 반사되어 반도체층(300a)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
다음, 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 동시에 패터닝하여 콘택부(350)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 형성한다.
상기 콘택부(350)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400)을 포함한 기판(100) 전면에 후면전극층(500a)을 형성한다. 그리하면, 상기 후면전극층(500a)이 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결된다.
상기 후면전극층(500a)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속을 인쇄법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5f에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(500a)을 패터닝하여 제2분리부(510)를 사이에 두고 이격되는 복수개의 후면전극(500)을 형성한다. 상기 패터닝 공정시 상기 후면전극층(500a) 아래의 투명도전층(400) 및 반도체층(300)에도 제2분리부(510)를 형성할 수 있다. 상기 제2분리부(510)는 레이저 스크라이빙 공정 을 이용하여 수행할 수 있다.
다음, 도 5g에서 알 수 있듯이, 최외곽의 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400) 및 후면전극(500)을 패터닝하여 주 격리부(550)를 형성하여, 도 2와 같은 박막형 태양전지의 제조를 완료한다. 상기 주 격리부(550)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 수행할 수 있다. 상기 주 격리부(550)는 상기 제1보조 격리부(220)의 바깥쪽에 형성한다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법에 대해서 설명하는데, 전술한 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법과 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 6a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극층(200a)을 형성한다.
다음, 도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200a)을 패터닝하여 제1분리부(210)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극(200)을 형성한다.
다음, 도 6c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200)을 포함한 기판(100) 전면에 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 차례로 형성한다.
다음, 도 6d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 동시에 패터닝하여 콘택부(350)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 형성한다.
다음, 도 6e에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400)을 포함한 기판(100) 전면에 후면전극층(500a)을 형성한다. 그리하면, 상기 후면전극층(500a)이 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결된다.
다음, 도 6f에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(500a)을 패터닝하여 제2분리부(510)를 사이에 두고 이격되는 복수개의 후면전극(500)을 형성한다. 또한, 상기 패터닝 공정시 상기 복수 개의 후면전극(500) 중 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 형성한다. 다만, 상기 제2보조 격리부(520)는 후술하는 주 격리부(550) 형성공정 이후에 형성하는 것도 가능하다.
상기 패터닝 공정시 상기 후면전극층(500a) 아래의 투명도전층(400) 및 반도체층(300)에도 제2분리부(510) 및 제2보조 격리부(520)를 형성할 수 있다.
다음, 도 6g에서 알 수 있듯이, 최외곽의 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400) 및 후면전극(500)을 패터닝하여 주 격리부(550)를 형성하여, 도 3과 같은 박막형 태양전지의 제조를 완료한다. 상기 주 격리부(550)는 상기 제2보조 격리부(520)의 바깥쪽에 형성한다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도이다.
우선, 도 7a에서 알 수 있듯이, 기판(100) 위에 전면전극층(200a)을 형성한다.
다음, 도 7b에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극층(200a)을 패터닝하여 제1분리부(210)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극(200)을 형성한다. 또한, 상 기 패터닝 공정시 상기 복수 개의 전면전극(200) 중 최외곽의 전면전극(200)에 제1보조 격리부(220)를 형성한다.
다음, 도 7c에서 알 수 있듯이, 상기 전면전극(200)을 포함한 기판(100) 전면에 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 차례로 형성한다.
다음, 도 7d에서 알 수 있듯이, 상기 반도체층(300a) 및 투명도전층(400a)을 동시에 패터닝하여 콘택부(350)를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층(300) 및 투명도전층(400)을 형성한다.
다음, 도 7e에서 알 수 있듯이, 상기 투명도전층(400)을 포함한 기판(100) 전면에 후면전극층(500a)을 형성한다. 그리하면, 상기 후면전극층(500a)이 상기 콘택부(350)를 통해 상기 전면전극(200)과 연결된다.
다음, 도 7f에서 알 수 있듯이, 상기 후면전극층(500a)을 패터닝하여 제2분리부(510)를 사이에 두고 이격되는 복수개의 후면전극(500)을 형성한다. 또한, 상기 패터닝 공정시 상기 복수 개의 후면전극(500) 중 최외곽의 후면전극(500)에 제2보조 격리부(520)를 형성한다. 다만, 상기 제2보조 격리부(520)는 후술하는 주 격리부(550) 형성공정 이후에 형성하는 것도 가능하다.
상기 패터닝 공정시 상기 후면전극층(500a) 아래의 투명도전층(400) 및 반도체층(300)에도 제2분리부(510) 및 제2보조 격리부(520)를 형성할 수 있다. 상기 제2 보조격리부(550)는 상기 제1보조 격리부(220)의 바깥쪽에 형성한다.
다음, 도 7g에서 알 수 있듯이, 최외곽의 전면전극(200), 반도체층(300), 투명도전층(400) 및 후면전극(500)을 패터닝하여 주 격리부(550)를 형성하여, 도 4와 같은 박막형 태양전지의 제조를 완료한다. 상기 주 격리부(550)는 상기 제1보조 격리부(220) 및 제2보조 격리부(520)의 바깥쪽에 형성한다.
도 1a 내지 도 1g는 종래 복수 개의 단위셀이 직렬로 연결된 구조를 갖는 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 개략적인 단면도.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형 태양전지의 제조공정을 도시한 단면도.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 기판 200: 전면전극
210: 제1분리부 220: 제1보조 격리부
300: 반도체층 350: 콘택부
400: 투명도전층 500: 후면전극
510: 제2분리부 520: 제2보조 격리부 550: 주 격리부

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극;
    상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층; 및
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 포함하여 이루어지고,
    상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에는 주 격리부가 형성되어 있고,
    상기 주 격리부 안쪽에는 상기 최외곽의 전면전극 및 최외곽의 후면전극 중 적어도 하나에 보조 격리부가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 격리부는 상기 최외곽의 전면전극에 형성된 제1보조 격리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 격리부는 상기 최외곽의 후면전극에 형성된 제2보조 격리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 격리부는 상기 최외곽의 전면전극에 형성된 제1보조 격리부 및 상기 최외곽의 후면전극에 형성된 제2보조 격리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 최외곽의 반도체층에는 상기 제2보조 격리부가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2보조 격리부는 상기 제1보조 격리부 및 상기 주 격리부 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체층과 후면전극 사이에 상기 반도체층과 동일한 패턴의 투명도전층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
  8. 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극을 형성함과 더불어 최외곽의 전면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정;
    상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며, 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 형성하는 공정; 및
    상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에 주 격리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법.
  9. 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극을 형성하는 공정;
    상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 형성하는 공정;
    상기 복수 개의 후면전극 중 최외곽의 후면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정; 및
    상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에 주 격리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법.
  10. 기판 위에 제1분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 전면전극을 형성함과 더불어 최외곽의 전면전극에 제1 보조 격리부를 형성하는 공정;
    상기 전면전극 위에서, 콘택부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 반도체층을 형성하는 공정;
    상기 콘택부를 통해 상기 전면전극과 연결되며 제2분리부를 사이에 두고 이격되는 복수 개의 후면전극을 형성하는 공정; 및
    상기 복수 개의 후면전극 중 최외곽의 후면전극에 제2 보조 격리부를 형성하는 공정; 및
    상기 복수 개의 전면전극, 반도체층 및 후면전극 중 최외곽의 전면전극, 반도체층 및 후면전극에 주 격리부를 형성하는 공정을 포함하여 이루어진 박막형 태양전지의 제조방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 격리부는 상기 주 격리부 안쪽에 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 최외곽의 후면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정시 상기 최외곽의 반도체층에 보조 격리부를 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 최외곽의 후면전극에 제2 보조 격리부를 형성하는 공정시 상기 최외곽의 반도체층에 제2 보조 격리부를 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제2보조 격리부는 상기 제1보조 격리부 및 상기 주 격리부 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  15. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체층과 후면전극 사이에 상기 반도체층과 동일한 패턴의 투명도전층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
  16. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 최외곽의 후면전극에 보조 격리부를 형성하는 공정은 상기 주 격리부를 형성하는 공정 이후에 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
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